光纤特性及传输试验

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在现代通信技术中，为了避免信号相互干扰，提高通信质量与通信容量，寻常用信号对载波进行调制，用载波传输信号，在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制，调制后的载波要占用一定的频带宽度，如音频信号要占用几千赫兹的带宽，模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽，则不同信号间要相互干扰。能够用作无线电通信的频率资源十分有限，国际国内都对通信频率进行统一规划和管理，仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比，与波长成反比，目前微波波长能做到厘米量级，在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。光波波长比微波短得多，用光波作载波，其潜在的通信容量是微波通信无法比较的，光纤通信就是用光波作载波，用光纤传输光信号的通信方式。

与用电缆传输电信号相比，光纤通信具有通信容量大，传输距离长，价格低廉，重量轻易敷设，抗干扰，保密性好等优点，已成为固定通信网的主要传输技术，帮助我们的社会成功发展至信息社会。

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了解光纤通信的原理及基本特性。

测量激光二极管的伏安特性，电光转换特性。测量光电二极管的伏安特性。音频信号传输试验。数字信号传输试验。

光纤特性及传输试验仪，示波器

1、光纤

光纤是由纤芯，包层，防护层组成的同心圆柱体，横纤芯，直径5～50μm截面如图1所示。纤芯与包层材料大多为高纯度的石英玻

璃，通过掺杂使纤芯折射率大于包层折射率，形成一种光包层，直径约125μm波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。若纤芯的

直径约250μm折射率分布是均匀的，在纤芯与包层的界面处折射率突变，防护层，称为阶跃型光纤。若纤芯从中心的高折射率逐渐变到边缘

图1光纤的基本结构与包层折射率一致，称为渐变型光纤。若纤芯直径小于

10μm，只有一种模式的光波能在光纤中传播，称为单模光纤。若纤芯直径50μm左右，有多个模式的光波能在光纤中传播，称为多模光纤。防护层由缓冲涂层，加强材料涂覆层及套塑层组成。寻常将若干根光纤与其它保护材料组合起来构成光缆，便于工程上敷设和使用。

衡量光纤性能好坏的主要是它的损耗特性与色散特性。

损耗特性决定光纤传输的中继距离。光在光纤中传输时，由于材料的散射，吸收，会使光信号衰减，当信号衰减到一定程度时，就必需对信号进行整形放大处理，再进行传输，才能保证信号在传输过程中不失真，这段传输的距离叫中继距离，损耗越小，中继距离越长。光纤的损耗与光波长有关，通过研究发现，石英光纤在0.85，1.30，1.55μm附近有3个低损耗窗口，实用的光纤通信系统光波长都在低损耗窗口区域内。

损耗用损耗系数表示。光在有损耗的介质中传播时，光强按指数规律衰减，在通信领域，损耗

系数用单位长度的分贝值（dB）表示，定义为：

α?10P0lg（dB/km）（1）LP1αL?10

已知损耗系数，可计算光通过任意长度L后的强度：

P1?P010（2）

上两式中，L是传播距离，P0是入射光强，P1是损耗后的光强。

对于单模光纤而言，随着波长的增加，其弯曲损耗也相应增大，因此对1550nm波长的使用，要特别注意弯曲损耗的问题。随着光纤通信工程的发展，最低衰减窗口1550nm波长区的通信必将得到广泛的运用。CCITT对G.652光纤和G.653光纤在1550nm波长的弯曲损耗作了明确的规定：

对G.652光纤，用半径为37.5mm松绕100圈，在1550nm波长测得的损耗增加应小于1dB；对G.653而言，要求增加的损耗小于0.5dB。

图2单模光纤弯曲损耗测试

此处可不用扰模器，可其它东西实现光纤的弯曲也可。

弯曲损耗的测量，要求在具有较为稳定的光源条件下，将几十米被测光纤耦合到测试系统中，保持注入状态和接收端耦合状态不变的状况下，分别测出松绕100圈前后的输出光功率P1和P2，弯曲损耗可由下式计算得出。

A?10lg(P1P2)（3）

一致光纤，传输一致波长光波信号，弯曲半径不同时其损耗也必定不同，同样，对于一致光纤，

弯曲半径一致时，传输不同光波信号，其损耗也不同。

由于依照CCITT标准，光纤的弯曲损耗比较小，在实际测试中可采用减小弯曲半径的方法提高试验效果的明显性。试验测试框图如图3所示。

(a)弯曲半径R1缠绕方法(b)弯曲半径R2缠绕方法

图3扰模器缠绕方法

2、激光二极管（FP-LD）

光通信的光源为半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），本试验采用半导体激光器。

半导体激光二极管或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率一致，而且相位、偏振方向和传播方向都一致，它和感应光子是相干的。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz）直接调制，十分适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。

LD和LED都是半导体光电子器件，其核心部分都是P-N结。因此其具有与普通二极管相类似的V-I特性，如图4所示：

VVTI

图4LD激光器